01. Zur Geschichte von Bluetooth

Der Name "Bluetooth" kommt vom Wikingerkönig Harald. Er vereinigte im zehnten Jahrhundert Dänemark und Norwegen und hatte den Spitznamen "Blauzahn". Und da über dieses Funksystem mehrere Übertragungsarten miteinander vereinigt werden, bekam das System den Namen "Blauzahn" - also "Bluetooth". Bluetooth, ein neuer Kurzstrecken-Funkstandard, soll die Art und Weise, wie elektronische Geräte miteinander kommunizieren, revolutionieren. Eine mobile, vernetzte Welt ohne Kabelgewirr wird in den nächsten Jahren zur Realität werden, denn die Unterstützung dieser Technologie in der Kommunikations- und Computerindustrie ist gewaltig. Im Mai 1998 traten die namhaften Hersteller Ericsson, Nokia, IBM, Intel und Toshiba erstmals zusammen vor die Öffentlichkeit und verkündeten ihren Zusammenschluss zur Bluetooth Special Interest Group (SIG). Das Konsortium hatte im Stillen an der Entwicklung einer innovativen Technologie gearbeitet, die nun unter dem Namen "Bluetooth" vorgestellt wurde. Es handelt sich dabei um einen Kurzstrecken-Funkstandard, der die Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten ermöglichen soll und dies ohne den Einsatz von irgendwelchen störenden Kabeln. Die fünf Giganten aus der Computer- und Telefonindustrie erreichten mit Bluetooth ihr hochgestecktes Ziel: Die Konzeption eines kleinen, einfachen Funkmoduls, das wenig Energie benötigt, integrierte Sicherheitsmechanismen bietet und günstig herzustellen ist, so dass es in einer möglichst breiten Palette von elektronischen Geräten zum Einsatz kommen kann. Der Standard findet seit der Ankündigung grossen Anklang, und in der Zwischenzeit sind schon über 1500 Hersteller dem Konsortium beigetreten. Als im Juli 2001 die Bluetooth-Spezifikation in der Version 1.0 erlassen wurde, war dies gleichzeitig das Startsignal für die Entwicklung von Produkten auf der Basis der neuen Technologie. Die zahlenmässig enorme Unterstützung durch verschiedenste Hersteller legt einen fruchtbaren Nährboden für die künftige Durchschlagskraft von Bluetooth.

02. Kabellose Mobilität

Bluetooth soll im Bereich der Tele- und Datenkommunikation ungeahnte Möglichkeiten und Wege eröffnen. Das Funkmodul lässt sich in die unterschiedlichsten Geräte einbauen, wie Notebook, Handy, PDA, aber auch in Peripheriegeräte wie Drucker und Digitalkameras. Zudem bietet Bluetooth durch die Implementierung in einen Access Point den Anschluss an ein LAN, das GSM- oder das Festnetz. Das Revolutionäre an Bluetooth ist nicht die kabellose Verbindung von Geräten an sich. Was Bluetooth von anderen, bereits bestehenden Wireless-Lösungen wie IrDA unterscheidet, ist seine Fähigkeit, nicht nur zwei Geräte bis auf eine Distanz von 10 Metern zu verbinden, sondern mehrere Komponenten gleichzeitig miteinander kommunizieren zu lassen. Hinzu kommt, dass die Funksignale Kleider und Aktentaschen zu durchdringen vermögen und kein Sichtkontakt zwischen den Geräten vorhanden sein muss. Daher können gewisse Funktionen automatisch ohne Intervention des Benutzers ablaufen. Man stelle sich folgendes Szenario vor: Das Notebook liegt auf dem Arbeitstisch. Ohne das Handy aus der Jackentasche zu nehmen, kann der Benutzer seine E-Mails herunterladen. Oder das soeben mit der Digitalkamera geschossene Foto wird per E-Mail nach Hause oder an die Festplatte in der Hosentasche geschickt. Im Geschäftsumfeld wird Bluetooth den Austausch von Informationen wesentlich erleichtern. Für Präsentationen braucht der Laptop nicht mehr über Kabel mit einem Projektor verbunden zu werden oder bei einem Businesstreffen kann ein Ad-hoc-Netzwerk gebildet werden, das den Teilnehmern erlaubt, gemeinsam auf Dokumente zuzugreifen. Geräte, Kabel und Stecker, die zu allem Übel oft nicht zusammenpassen, gehören der Vergangenheit an. Wegen der limitierten Reichweite der Bluetooth-Verbindung und der geringen Datendurchsatzrate von 1 Mbit/s stellt der Standard jedoch keine direkte Konkurrenz zu drahtlosen LAN-Lösungen dar, die eine Übertragungs-geschwindigkeit von 2 bis 11 Mbit/s erreichen. Er wird sich daher eher in kleineren und persönlichen Netzwerken durchsetzen. Auch die Vision eines vernetzten Haushaltes ohne jegliche Kabel rückt mit Bluetooth und anderen Wireless-LAN-Lösungen in greifbare Nähe. Ob das Bedürfnis bei den Konsumenten vorhanden ist, wird sich noch herausstellen.

03. Wie funktioniert Bluetooth?

Das Bluetooth-Funkmodul ist 35x14x2 mm groß und kostet zur Zeit circa 20 Dollar, später soll der Preis auf 5 Dollar sinken. Der wichtigste Teil der Technologie ist auf einem 9x9 mm großen Mikrochip eingebaut. Die Energieaufnahme ist gering und liegt im Standby-Betrieb bei 0,3 mA und erreicht maximal 300 mA. Bluetooth ermöglicht die Übermittlung von Daten und Gesprächen mit einem Durchsatz von 1 MBit/s. Als Funkfrequenz wird das globale Industrial-, Scientific- und Medical-Band (ISM) bei 2,45 GHz verwendet, das nicht lizenziert werden muss und so der schnellen Einführung von Bluetooth nichts in den Weg stellt. Es handelt sich dabei um die gleiche Frequenz, die für die medizinische Forschung reserviert ist und der sich unter anderem auch Mikrowellenöfen und automatische Garagentüren bedienen. Um Interferenzen durch solche Signale zu vermeiden und die Verbindung stabil zu halten, hüpfen die Funkmodule jedesmal zu einer neuen Frequenz, nachdem sie ein Datenpaket verschickt oder erhalten haben. Im Bereich von 2,402 bis 2,480 GHz wird dieses Frequency Hopping durch die Anordnung von 79 Kanälen im Abstand von 1 MHz erreicht. Erreichen lassen sich damit eine maximale Frequenzänderungsrate von 1600 hops/s. Die Stabilität der Bluetooth-Verbindung ist im Unterschied zu anderen Systemen, die in diesem Band Funksignale aussenden, höher, da Bluetooth in der Lage ist, seine Frequenzen schneller zu ändern und kleinere Pakete zu verschicken. Die Funkverbindung besteht bei einer Reichweite von 10 Zentimeter bis 10 Meter, kann aber auch auf 100 Meter ausgeweitet werden, wenn die Sendeleistung erhöht wird. Bei solchen Langstrecken-Verbindungen begrenzt das implementierte FEC (Forward Error Correction) zusätzlich den Einfluss von Störsignalen. Im laufe der Zeit sollen die Verbindungen aber immer weiter ausgeweitet werden und somit eine viel größere Strecke überbrückt werden können.

04. Das Bluetooth-Basisband:

Das Basisbandprotokoll ist eine Kombination aus Leitungs- und Paketvermittlung. Das Bluetooth-Basisband arbeitet dabei mit zwei Verbindungstypen:
Synchronous Connection Oriented (SCO) wird in erster Linie für Voice-Verkehr eingesetzt Asynchronous Connectionless (ACL) für Datenpakete, das sowohl symmetrischen als auch asymmetrischen Verkehr unterstützt Beide Verbindungstypen benutzen ein Zeitmultiplexverfahren für Duplex-Datenübertragung. Zwei oder mehrere Informationskanäle können dadurch über dieselbe Verbindung gesendet werden, indem jedem Kanal ein unterschiedliches Zeitintervall (Slot) zugeteilt wird. Für synchrone Datenpakete können Slots reserviert werden, wobei jedes Paket auf einer unterschiedlichen Hop-Frequenz gesendet wird. Ein Paket deckt üblicherweise einen einzigen Slot, kann aber auch bis zu fünf Slots beanspruchen. Bluetooth unterstützt einen asynchronen Datenkanal mit einer asymmetrischen Verbindung von maximal 721 Kbit/s in die eine Richtung und 57,6 Kbit/s in die Gegenrichtung oder eine symmetrische Verbindung mit 432,6 Kbit/s. Weiter bietet der Standard Support für gleichzeitig bis zu drei synchrone Voice-Kanäle und einen Kanal, der gleichzeitig asynchrone Daten und synchrone Sprache überträgt. Jeder Voice-Kanal leistet synchrone Sprachverbindungen mit 64Kbit/s und ist gleich schnell wie eine ISDN-Verbindung.

05. Bluetooth-Netzwerke:

Das Bluetooth-System stellt sowohl Point-to-Point als auch Point-to-Multipoint-Verbindungen her. Ein Piconet besteht aus einer Ansammlung von zwei bis acht Geräten. Alle User, die an einem solchen Piconet teilhaben, sind mit derselben Hopping-Sequenz synchronisiert. Die Bluetooth-Geräte in einem Piconet sind sich ebenbürtig und haben eine identische Implementation. Dennoch muss ein Gerät als Master und die anderen als Slaves fungieren, wobei der Master alle anderen Teilnehmer im selben Piconet synchronisiert. Bluetooth-Geräte können durch Zeitmultiplexverfahren mehreren Piconets angehören, wodurch ein sogenanntes Scatter-Netz gebildet wird. Dabei wird jedes Piconet durch eine unterschiedliche Frequency-Hopping-Folge identifiziert.

06. Der Verbindungsaufbau:

Die einzelnen Geräte eines Pico-Netzes stehen im Standby-Modus, bevor eine Verbindung initialisiert wird. In diesem Zustand lauschen unverbundene Geräte in periodischen Abständen von 1,28 Sekunden nach Nachrichten und kontrollieren dabei 32 Hop-Frequenzen. Die Verbindung geht von einem beliebigen Gerät aus, das sich dadurch zum Master erhebt. Der Kontakt zu den Slaves wird durch eine Inquiry-Nachricht und danach durch eine Page-Message hergestellt, falls die Adresse der Geräte unbekannt ist. Bei bekannter Adresse fällt der erste Schritt weg. Im Page-Status sendet der Master eine Folge von 16 identischen Funkmitteilungen in 16 verschiedenen Hop-Frequenzen, die für die angepeilten Slave-Geräte bestimmt sind. Im Schnitt wird eine Verbindung innerhalb von 0,64 Sekunden erreicht.
Wenn in einem Piconet Verbindungen hergestellt, aber noch keine Daten verschickt werden, können die Geräte in den Hold-Modus versetzt werden. Dies kann beispielsweise nötig sein, wenn mehrere Piconets verbunden oder Schwach-Strom-Geräte eingesetzt sind. Zwei weitere Schwachstrom-Modi existieren: SNIFF- und PARK-Modus. Im SNIFF-Modus arbeitet ein Save in einem reduzierten Zyklus, während im PARK-Modus ein Gerät weiterhin synchronisiert bleibt, aber nicht am Verkehr teilnimmt. Verschiedene Master-Slave-Paare desselben Pico-Netzes können unterschiedliche Verbindungsarten einsetzen und diese auch während einer Sitzung beliebig ändern. Die Master-Einheit kontrolliert die Verbindungs-Bandbreite und entscheidet, wieviel davon für die jeweiligen Slaves bestimmt sind. Darüber hinaus ist er für die Symmetrie des Verkehrs zuständig.

07. Sicherheit geht vor:

Die Hersteller legten bei der Entwicklung von Bluetooth großen Wert auf Sicherheitsmechanismen, um dem Benutzer die Kontrolle darüber zu geben, welches Gerät mit welchem kommunizieren darf. Sicherheitsfeatures wie Beglaubigung und Verschlüs-selung sind daher bereits auf Hardware-Ebene implementiert. Für die Identifizierung der Geräte ist bei der Herstellung einer Verbindung entweder eine Einweg-, eine Zweiweg- oder keine Beglaubigung erforderlich. Diese beruht auf einem Challenge-Response-Algorithmus, bei dem ein geheimes Passwort benutzt wird, durch das sich die Geräte gegenseitig erkennen. Damit wird die Privatsphäre des Anwenders geschützt, so dass sein Handy ausschließlich mit seinem persönlichen Notebook kommuniziert und sich kein fremdes Kuckucksei bei diesem Austausch einnistet. Zur Sicherung des Datenverkehrs wird eine Verschlüsselung von bis zu 64 Bit geboten. Damit sollten genügend Sicherheitsmechanismen für den Einsatz der Bluetooth-Technologie vorhanden sein. Anwender mit grösserem Sicherheitsbedürfnis können auf Bluetooth abgestimmte Netzwerkprotokolle und zusätzliche Verschlüsselungs-Applikationen einsetzen. Oder noch eine weile warten dann wird es Bluetooth nämlich auch mit einer 128 Bit Verschlüsselung geben.

08. Produkte in Sicht:

Es gibt mittlerweile eine ganze reihe an Bluetooth fähigen Geräten wie z B Pocket PCs und Handys bei diesen beiden Geräteklasse funktioniert diese arte der Synchronisation schon sehr gut und wird auch recht häufig genutzt. Nokia zum Beispiel hat mit dem 6310i ein echtes Bluetooth Handy auf den Markt gebracht, für das es auch ein kleines Bluetooth fähiges Headset gibt das sich durch hervorragende Spracheigenschaften auszeichnet. Aber auch in Laptops ist diese Art der Datenübertragung immer mehr im kommen und wird sich auch voraussichtlich gut durchsetzten.

09. Bluetooth-Prototypen:

An der Cebit und Telekom wurden einige Prototypen vorgestellt, die auf weitere Einsatzgebiete verweisen. Unter anderem ein PalmPilot, der mittels eines Bluetooth-Adapters Daten mit dem PC austauscht. Dadurch kann der PDA mit einem PC synchronisiert werden, sobald der Benutzer das Büro betritt. NEC präsentierte den Prototyp eines Mobile Videophone Viewers. Dieser besteht aus einem 2-Zoll-Farbbildschirm, einer Videokamera, Lautsprechern und Mikrofon. Um die Verbindung zwischen dem Handy und dem Videophone Viewer herzustellen, setzt NEC Bluetooth ein. Ein weiteres Beispiel ist C-Pen vom schwedischen Hersteller C Tech, eine Mischform zwischen PDA und Textscanner, der sowohl mit einer Infrarotschnittstelle als auch mit der Bluetooth-Technologie ausgestattet werden soll. Das Gerät nimmt Text oder Grafiken über eine digitale Kamera auf und speichert die Informationen in einem 8 MB großen Speicher. Es verfügt auch über verschiedene PDA-Features: Eine Visitenkarte kann beispielsweise gescannt und dann in das Kontaktverzeichnis von Microsoft Outlook geladen werden. Was den Netzwerkeinsatz von Bluetooth betrifft, planen Digianswer und TDK Systems, LAN-Access-Points anzubieten, über die eine Verbindung zu festen LANs hergestellt werden kann. Diese fungieren als drahtlose Dockingstations für Notebooks und enthalten pro Einheit 8 bis 20 Bluetooth-Module. Ein weiteres Bluetooth-Konzept ist eine Uhr, die lautlos vibriert, sobald beispielsweise eine Telefonnachricht eintrifft.

10. Bluetooth vs. IrDA:

Alles dreht sich um Bluetooth, möchte man meinen und vergisst dabei, dass mit IrDA bereits ein Standard existiert, der den kabellosen Austausch von Daten ermöglicht. Dass der Auftritt von Bluetooth aber nicht den Untergang der IrDA-Technologie bedeuten wird, zeigt die Zusammenarbeit zwischen IrDA (Infrared Data Association) und SIG. Eine der grundlegendsten Funktionen der beiden Standards ist der Austausch von Daten wie beispielsweise die Synchronisation der persönlichen Informationen eines PDAs mit einem PC. Dafür setzen beide dasselbe Protokoll OBEX ein, das SIG seit der Zusammenarbeit mit IrDA übernommen hat. Auf diese Weise kann eine Anwendung sowohl über IrDA als auch über Bluetooth ablaufen. Es macht jedoch Sinn, je nach Situation einen der beiden speziellen Standards auszuwählen, denn beide Spezifikationen haben ihre Vor- und Nachteile und ergänzen sich gegenseitig.

11. Geeignete Einsatzgebiete:

IrDA ist eine Point-to-Point-Verbindung, die Daten mit 4 Mbps bis zu 16 Mbps in einem schmalen Winkel (30 Grad) bis zu einer Distanz von 1 Meter überträgt. Der Standard ist im Gegensatz zu Bluetooth bereits weltweit in zahlreichen Notebooks, Peripheriegeräten und Netzwerksystemen integriert. Wenn beispielsweise zwei Geschäftskollegen Visitenkarten austauschen wollen, sich aber mehrere Menschen in demselben Raum aufhalten, die über kabellose Geräte verfügen, bietet sich IrDA als sicherere Lösung an. IrDA-Geräte lassen sich aufeinander richten, ohne Interferenzen zu befürchten, da der schmale Winkel und die kurze Sendedistanz von IrDA dessen Wirkungskreis limitiert. Bluetooth mit seinen omni-direktionalen Fähigkeiten hingegen wird Mühe haben, den richtigen Empfänger ausfindig zu machen. Denn es erfasst alle Geräte in einem Umfeld von zehn Metern und der Benutzer muss aus einer Liste den zu Adressierenden auswählen. Danach müssen noch Sicherheitsmechanismen durchgeführt werden, um die Erlaubnis für den Datentransfer zu erhalten.
Hingegen erweist sich Bluetooth als hilfreich, wenn ein Handy mit einem PC synchronisiert werden soll, ohne dieses aus der Tasche zu nehmen, was mit IrDA nicht möglich ist. Darüber hinaus kann sich die betreffend Person im Raum bewegen, mit IrDA ist man gezwungen stationär zu bleiben. Beide Standards vermögen ein Gerät mit einem verkabelten Netzwerk zu verbinden. Bluetooth erweist sich hier als flexibler und unterstützt dabei mehrere Geräte, nur hinsichtlich der Performance hinkt die Technologie dem IrDA-Standard hinterher. Aber bei einer Internetverbindung wie sie heutzutage über die Infrarotschnittstelle des Modems und des Notebooks üblich ist, erweist sich Bluetooth als mobilere Lösung.

12. Quellenangaben

http://www.ralf-woelfle.de/elektrosmog/sub1/bluetooth.htm
http://www.motorola.com/bluetooth
http://www.bluetooth.org
http://www.palowireless.com/bluetooth
http://computer.howstuffworks.com/bluetooth.htm
http://www.tecchannel.de/hardware/477
http://w3.siemens.de/solutionprovider/_online_lexikon/9/f011439.htm